CN105589200A - 影像显示装置和头戴式显示器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种影像显示装置和头戴式显示器。通过一种在用户的视野内将影像显示为虚像的影像显示装置，该影像显示装置包括生成影像的影像生成部、对影像生成部照射光的照明部和将上述影像生成部生成的影像作为虚像投射在用户的视野内的投射部，上述投射部具备用规定的方法将生成虚像的透镜与形成了使来自影像生成部的信号光向瞳孔的方向偏折的半反射膜的棱镜一体化的棱透镜；和设置在上述棱透镜部入射面的、使来自影像生成部的信号光的规定区域的光透过的开口限制单元，由此能够提供一种在视线移动时也能够辨认高品质的影像、并且具有透视功能的便利性良好的头戴式显示器。

Description

影像显示装置和头戴式显示器

技术领域

本发明涉及使用影像显示装置在用户的视野中显示影像的头戴式显示器。

背景技术

关于用护目镜型和眼镜型的头戴式显示器显示规定的信息的、所谓可穿戴的信息显示装置的光学系统结构，提出了各种方案。

例如，日本特开2006-3879号公报中，记载了涉及具有环视(see-around)以及透视(see-through)机构并且小型、轻量、外界视野大、低耗电且电子像的亮度高、易于使用的头部佩戴型图像显示装置的方法。

发明内容

对于作为可穿戴设备的头戴式显示器，设想在佩戴的状态下进行日常生活和维护检修等作业。从而，为了使头戴式显示器不会遮挡用户的视野，需要高透视功能、且在作业中视线移动时也能够辨认的高品质的头戴式显示器的影像。

进而，在上述透视功能之外，用于实现长时间驱动的低耗电、用于提高便携性和佩戴性的小型化对于提高用户的便利性是重要的。

例如，日本特开2006-3879号公报中，记载了使构成目镜窗保持部的部件对用户的视轴方向的投影截面的宽度为4mm以下，使该目镜窗保持部件比人的平均瞳孔直径(4mm)更细，从而即使将装置配置在视野内也不会完全遮挡视野，可以得到透视效果。

但是，使对用户的视轴方向的投影截面的宽度与瞳孔直径相同为4mm时，瞳孔因视线移动而移动时，信号光不对瞳孔入射，存在对视野中投射的影像不可见或一部分发生缺失的课题。

本发明鉴于这些课题，目的在于提供一种在头戴式显示器的影像投射光学系统中，在视线移动时也能够辨认高品质的影像，并且小型且具有高透视性能的头戴式显示器。

上述目的例如能够用要求保护的范围中记载的结构达成。本发明包括解决上述课题的多种方案，举其一例，是一种在用户的视野内显示影像的影像显示装置，其包括：生成影像的影像生成部；对影像生成部照射光的照明部；和将所述影像生成部中生成的影像作为虚像投射在用户的视野内的投射部；所述投射部包括：棱透镜，其由形成了使来自影像生成部的信号光向瞳孔的方向偏折的半反射膜的棱镜和生成虚像的透镜一体化而成；和使所述信号光的规定区域的光透过的开口限制单元。

根据本发明，能够提供一种在头戴式显示器的影像投射光学系统中，在视线移动时也能够辨认高品质的影像，并且小型且具有高透视性能的便利性良好的头戴式显示器。

附图说明

图1是表示本发明中的头戴式显示器的形态的概要图。

图2A、2B是影像显示单元的简图。

图3A、2B是设置了开口限制单元的影像显示装置的一例的简图。

图4是设置了开口限制单元的影像显示装置和从画面端出射的光线的简图。

图5是设置了开口限制单元的影像显示装置和从画面端出射的光线的简图。

图6是使用了棱透镜的影像显示装置的概要图。

图7是使开口限制单元与棱透镜一体化的情况下的影像显示装置的概要图。

图8是使透镜与立方棱镜透明接合构成的棱透镜的影像显示装置的概要图。

图9是使用了反射型的液晶元件的影像显示装置的光学系统的概要图。

图10是使用了多芯片光源和小型的光积分器的影像显示装置的概要图。

图11是搭载了调光性光学部件层的影像显示装置的结构的概要图。

图12是表示头戴式显示器的框图的一例的概要图。

图13是表示头戴式显示器的作业指示功能的状况的概要图。

具体实施方式

以下用附图说明本发明的实施方式。

(实施例1)

对于应用了本发明的影像显示装置和具备它的头戴式显示器的实施方式的一例，以下用附图进行说明。其中，本发明并不受以下说明限定。此外，各图中表示相同作用的构成要素用相同的符号表示。

图1是表示本发明的头戴式显示器的第一实施例的形态的概要图。

头戴式显示器100佩戴在用户的头部101，是搭载了在能够辨认外界的状态下在用户的视野的一部分中显示影像的影像显示装置102的透视型的头戴式显示器。在用户的视野内的区域103中显示影像。此外，搭载有拍摄用户的视野范围的一部分的摄影单元104。

上述影像显示装置102，例如将头戴式显示器100中搭载的液晶或数字微反射镜装置等显示的影像，通过使用了透镜或全息图、光纤等规定的光学单元对用户的视野内传递，在用户的视网膜上成像从而使用户辨认影像的结构即可。上述摄像单元使用摄像机等即可。

头戴式显示器期待用于在佩戴的状态下在日常生活中对用户显示简易信息、和在维护检修作业中显示作业指示等用途。从而，对于头戴式显示器，强烈要求不会遮挡用户的视野的高透视功能、在视线移动时也能够辨认到周边都是高品质的影像的高辨认性、通过小型化实现的佩戴性提高。

在图2A和图2B中，示出影像显示装置102的一例的简图。由发射光的光源部和照明部111、生成影像显示图像的影像生成部110、和生成影像生成部的虚像的透镜112构成。例如，照明部111采用LED和扩散导光板即可。此外，影像生成部使用透射或反射型的液晶或数字微反射镜装置(DMD)等微显示器即可。从透镜112出射的光对用户的眼105入射，光从瞳孔115进入眼内而在视网膜上成像，从而用户能够辨认影像生成部110的虚像。

此时，如图2A所示，使透镜出射光的中心部113的光进入瞳孔115的情况下，用户能够辨认虚像116这样变形少且分辨率高的影像。但是，如图2B所示用户的视线偏离时，或头戴式显示器没有正确地对用户的瞳孔定位时，会使像差成分较大的区域的光114进入瞳孔内，用户辨认的虚像116模糊成为变形的像，图像品质劣化。

为了在头戴式显示器中实现对于可穿戴设备重要的佩戴性提高，小型轻量化是重要的。如图2A和图2B所示采用单透镜结构，光学系统简单而能够实现小型、低成本化，但另一方面，如上所述在透镜周围发生像差劣化，所以存在视线移动等时，使周围的像差光成分较多进入的情况下，不能避免影像劣化的课题这样的课题。

于是，使影像显示装置102成为如图3A和图3B的简图所示的结构，从而能够成为抑制使像差光成分较多的周边区域的光进入瞳孔内，用户移动视线时，也能够辨认到周边都是高画质的影像的头戴式显示器。

在图3A中示出了在透镜112的周围设置了遮光带117作为开口限制单元的影像显示装置的一例的简图。用遮光带抑制像差光成分较多的周边区域的光114进入瞳孔内，即使在用户移动视线时，也能够仅使更接近中心的区域的光113进入瞳孔115，能够辨认到周边都是高画质的影像。

在图3B中示出了不设置独立的遮光带，而是限制透镜112的口径，从而使透镜与开口限制单元一体化的例子。是用透镜入射面的端面部限制光对透镜的入射区域的结构。用透镜外形进行限制时，为了抑制因光在透镜端面118反射而发生的杂散光，而使端面成为磨砂状，并且涂黑，从而抑制内面的反射即可。

但是，如图3A和图3B所示的结构一般，仅单纯地对周围遮光，会新产生如下所述的课题，所以需要设为考虑了用户的视线的移动量的遮光宽度。在图4和图5中示出了设置了遮光带117作为开口限制单元的影像显示装置的一例的简图。与图3A和图3B的不同点在于图4中示出了从影像生成部110的画面端部的像素出射的光到达用户的瞳孔115的光的通路。图4中视线朝向正面视轴方向。此时，存在从影像生成部111的画面端部的像素出射的光120对用户的瞳孔115入射的区域，用户能够辨认至画面端部。但是，如图5所示用户移动视线时，从影像生成部111的画面端部的像素出射的光120不对用户的瞳孔115入射。从而，用户不能够辨认到画面端部的虚像，成为画面看不完整的状态。

头戴式显示器的影像显示装置的投射部，一般而言通过透镜的中心部的光的像差较小，越是通过周边部的光线像差成分越大。从而，需要采用不需要的周围的光尽量不会向瞳孔透射的结构，并且以能够确保用户在作业中高频度地移动视线的范围的方式决定开口限制单元的开口尺寸。此外，在该范围以内，需要使透镜形状非球面化，抑制像差。

于是，用S表示开口限制单元的开口尺寸或者使透镜与开口限制单元一体化而用透镜外形限制开口的情况下的透镜尺寸，用L表示从透镜到瞳孔的换算为空气中的光轴长度，用φ表示瞳孔的尺寸，用FOV表示从影像生成部110的画面端部的像素出射的光120相对于正面视轴方向的角度，用θ表示因视线移动产生的视轴的倾斜角度，用D表示眼球105的尺寸，用Δ表示因视线移动产生的瞳孔中心的移动量。上述FOV是相当于虚像的视角(半角)的量。

此时，上述Δ能够写为式(1)。

Δ＝(D/2)Sinθ式(1)

设对倾斜视线前的正面视野的水平或垂直方向射影时的瞳孔的大小为φP时，φP能够写为式(2)。

φP＝φ×Cosθ式(2)

从画面端部的像素出射的光120对倾斜视线前的正面视野的水平或垂直方向射影时的有效区域的端部的位置为OE，瞳孔的端部的位置为PE时，如果OE大于PE，则从画面端部的像素出射的光120能够进入用户的瞳孔内，用户能够辨认至画面端部。(图5中将纸面的上方向作为正、下方向作为负来赋予符号的情况。)

此处，上述OE能够写为式(3)。

OE＝S/2-L×Tan(FOV)式(3)

接着，上述PE能够写为式(4)。

PE＝Δ-φP/2式(4)

从而，在成为满足以下式(5)的条件的开口限制单元的开口尺寸S时，用户能够辨认至画面端部。

S/2-L×Tan(FOV)>Δ-φP/2式(5)

进行变形，从而成为满足式(6)的开口尺寸S即可。

S>2Δ-φP+2L×Tan(FOV)式(6)

如式(6)所记载，开口尺寸S因虚像的视角FOV而变化。从而，虚像的水平方向和垂直方向上必要的开口尺寸S变化，所以采用与视野的水平/垂直相当的方向的开口尺寸S分别不同的形状的影像显示装置即可。

此处，进一步用眼球尺寸等的平均数值对式(6)具体化。平均的眼球尺寸是23mm，瞳孔尺寸是3～4mm，人能够分辨能力良好地注视的区域的视角是20°～30°(全角)，考虑视线在该范围内移动。

于是，为了成为在视线移动时也能够辨认画面的头戴式显示器，需要在将画面不会发生缺失的视野移动的范围设定为较窄的情况下的D＝23mm、φ＝3mm、θ＝10°，和优先考虑视野移动的范围设为较宽的情况下的D＝23mm、φ＝3mm、θ＝15°的范围内设定开口尺寸S。该条件能够表达为式(7)。

1.04+2L×Tan(FOV)<S<3.06+2L×Tan(FOV)式(7)

通过设置具有满足上述式(7)的范围的开口尺寸S的开口限制单元，在视线移动时画面也不会发生缺失，并且抑制像差较大的周边部光进入瞳孔，从而在视线移动时，也能够使用户辨认高画质的影像。这是在视野的水平和垂直方向上分别成立的关系式。

接着，对于影像显示装置的各种结构例详细说明。图6是使用了棱透镜(prismlens)的影像显示装置的概要图。通过采用在瞳孔前设置了使光路偏折的反射面的结构，能够成为从用户的脸部的横向投射的结构，能够提高佩戴性。具体而言，设置具有半反射膜130的棱透镜131即可。入射面132具有与透镜112同样的透镜功能，并且是与棱镜部一体成型的结构即可。通过开口限制单元117和入射面132后的光的光路被半反射膜130偏折，对用户的瞳孔入射。此外，棱镜的反射膜采用半反射膜，从而能够透过棱镜辨认外界，能够使头戴式显示器的影像显示装置具有透视性。

设开口限制单元的开口尺寸为S，瞳孔的尺寸为φ，从影像生成部110的画面端部的像素出射的光120相对于正面视轴方向的角度FOV、因视线移动产生的视轴的倾斜角度为θ、眼球尺寸D应用与用图5说明的部分相同的原理即可。

但是，光轴长度L是从棱透镜入射面132到瞳孔115的光轴上的长度。设从瞳孔到棱镜的距离为LE，通过棱镜内部的光轴长度部分为L'。用透镜折射率n按L'/n换算为空气中的光轴长度，将上述LE与L'/n的和作为光轴长度L即可。用这些量决定式(7)的范围中的开口尺寸S即可。

图7是使开口限制单元与棱透镜131的入射面132一体化的情况下的使用了棱透镜的影像显示装置的概要图。是用上述棱透镜入射面的端面部限制光对棱透镜的入射区域的结构。因为使透镜与开口限制单元一体化，所以使透镜外形尺寸S在式(7)所示的范围内即可。用透镜外形进行限制时，为了抑制因光在棱透镜端面反射而发生的杂散光，而使端面成为磨砂装，并且涂黑，从而抑制内面的反射即可，但为了维持透视性，使与正面视轴方向垂直的端面成为光学镜面，与视野垂直方向垂直的端面成为磨砂状或涂黑。根据图7的结构，不需要独立设置开口限制，能够成为廉价并且抑制了杂散光发生的结构。

图8是使用了将透镜140与立方棱镜141通过接合面142透明接合而构成的棱透镜131的影像显示装置的概要图。不使透镜与棱镜一体成型，而是作为分别的部件制造并使其贴合，从而即使是难以在复杂形状下高精度地成型的玻璃也能够制造棱透镜。透镜部与棱镜地外形对应地成为切割为四边形的结构即可。通过在棱透镜中使用玻璃，能够抑制温度引起的特性变化，能够提高可靠性。

上述图6至图8的光学系统中，也能够应用与之前相同的原理，只要以满足式(7)的方式决定开口限制单元的开口尺寸或者棱透镜入射面的尺寸S，则在移动视野时也能够辨认影像，并且不会使不需要的周边部的光进入瞳孔内，所以能够抑制图像劣化。

在以下记载上述式(7)中的光轴长度L和视角FOV的一般的值。首先，作为光轴长度L的要素的从瞳孔到棱镜的距离，考虑用户佩戴眼镜等的情况，优选为20mm～25mm程度，此外棱透镜内的光轴上的厚度为10mm～15mm程度，对市场供给量较大的廉价的光学玻璃或塑料的折射率是1.5程度。从而，光轴长度L一般是30mm程度。

视野中的画面过小时，在显示文字等时难以阅读。另一方面，画面过大时，会妨碍视野，并且影像显示装置自身会变大，损害佩戴性。于是，视角FOV一般是画面水平方向6～9°(FOV-H)、水平方向3～6°(FOV-V)程度。视角FOV表示半角，所以视野整体中，以相当于上述值的二倍的视角显示画面。从而，设L为30mm，FOV在上述条件下，2L×Tan(FOV)的值在水平方向是式(8)、垂直方向在式(9)的范围中。

6.31<2L×Tan(FOV-H)<9.50式(8)

3.14<2L×Tan(FOV-V)<6.31式(9)

在上述式(8)和式(9)的范围内代入式(7)时，开口限制单元的开口尺寸S在相当于画面水平和垂直的方向上，分别需要在式(10)和式(11)的范围中。

7.35<S(水平)<12.56式(10)

4.18<S(垂直)<9.37式(11)

如上所述，为了提供在用户的视线移动时也能够显示到周边都是高画质的影像的影像显示装置，上述开口限制单元的开口尺寸、或者棱透镜与开口限制单元一体化的情况下的棱透镜入射面132的尺寸，在与画面水平方向相当的方向(图6至图8中为正面视轴方向)上在式(10)的范围中，与画面垂直方向相当的方向(图6至图8中为视野垂直方向)上在式(11)的范围中即可。

此外，为了抑制透过开口尺寸的范围内的光线的像差，使棱透镜入射面132的形状成为非球面形状即可。特别是，关于周围的光线，在球面透镜中光线因折射而比中心部更大地偏折，所以为了抑制该情况，采用上述棱透镜入射面132的透镜面形状是非球面形状的凸透镜、周边部的曲率比透镜中心部的曲率更小的结构即可。

此外，采用在使上述影像生成部中生成的影像出射的出射部、与从上述影像生成部出射的影像入射的上述投射部的入射部132之间信号光在空气中传播的结构即可。通过用透明且比棱透镜的视野垂直方向的尺寸更小的支承部(未图示)保持投射部的棱透镜，能够抑制遮挡用户的视野的结构/光学部件，能够提高透视性。

以上，通过一种在用户的视野内将影像显示为虚像的影像显示装置，其特征在于，包括生成影像的影像生成部、对影像生成部照射光的照明部和将上述影像生成部生成的影像作为虚像投射在用户的视野内的投射部，上述投射部具备用规定的方法将生成虚像的透镜与形成了使来自影像生成部的信号光向瞳孔的方向偏折的半反射膜的棱镜一体化的棱透镜，和设置在上述棱透镜部入射面的、使来自影像生成部的信号光的规定区域的光透过的开口限制单元，由此能够提供一种在视线移动时也能够辨认高品质的影像、并且具有透视功能的便利性良好的头戴式显示器。

(实施例2)

用图9说明第二实施例。以上用设想透过型的液晶作为影像生成部110的结构进行了说明，但本实施例中，使用反射型的液晶元件作为影像生成部110。在图9中示出使用了反射型的液晶元件的影像显示装置的光学系统的一例的概要图。使用了反射型的液晶元件的情况下采用使用偏振选择性的分束器150使来自照明光111的照明光和射向瞳孔的投射光分离的结构即可。影像显示装置的其他部分采用与第一实施例同样的结构即可。通过使影像生成部成为反射型的液晶元件，光的利用效率提高，能够提供省电的头戴式显示器。此外，只要具有生成影像的功能，就可以变更为数字微反射镜装置(DMD)等微显示器。这些只是一例，并不限定于必须具备说明的所有结构。

通过搭载以上结构的影像显示装置，能够提供一种在移动视线时也能够辨认到周边都是高画质的影像并且省电且明亮的头戴式显示器。

(实施例3)

用图10说明第三实施例。本实施例中，说明在影像生成部中搭载反射型液晶、在照明部中使用了在1个壳体中搭载了多个光源的多芯片光源151、和提高来自各芯片光源的光的混色性和均质性的小型的光积分器的影像显示装置。影像显示装置的其他部分采用与第一实施例同样的结构即可。

头戴式显示器的影像显示装置中使用使红、绿、蓝三色的光源按时间彩色化的场序彩色(以下称为FSC)方式的情况下，必须使混色性和均质性高的三色的光线对影像显示装置内搭载的影像生成部照明。于是，为了使搭载了在一个壳体中搭载多个光源的多芯片光源的影像显示装置的照明部小型化，而搭载提高混色性和均质性的小型的光积分器152。

光源151是在一个壳体内搭载了出射红、绿、蓝波段的光的红色芯片153、绿色芯片154、蓝色芯片155的多芯片光源。其中，红色、绿色、蓝色的芯片的配置不限定于图示的配置，可以自由变更。

光积分器152呈四棱柱形状，其内部充满规定的透明度高的介质A。此外，光积分器152具有入出射面156、157和TIR侧面158至161。

入出射面156、157是光入射的面或者出射的面。

根据斯涅尔定律，已知大于临界角的光线不能够从折射率高的介质向折射率低的介质行进，而是全反射(TotalInternalReflection，以下记作TIR)。TIR侧面158至161是具有用TIR将从入出射面156、157入射的光封闭在内部的功能的面。

在光积分器152的内部，随机地填充用折射率与介质A不同的透明度高的介质B充满的散射微粒162。根据上述斯涅尔定律，光线在通过折射率不同的介质时，以与入射的角度不同的角度出射。散射微粒162利用该原理，具有通过使行进的光线的角度变更而使其散射的功能。散射微粒可以是球状或者其他形状。

从光积分器152出射的光被聚光透镜163和164聚光，通过仅使规定偏振方向的光透过的偏振膜165之后，对偏振分束器150入射。光在偏振分束器内的偏振选择性的反射面166上反射之后，被带有波片功能的反射镜167旋转偏振轴约90°并反射而再次通过偏振分束器150之后，对影像生成部110照明。用实施例1中记载的目镜棱镜131将被来自上述光积分器的光照明的影像生成部110的虚像投射至用户的视野中。

通过使用上述光积分器，能够使光封闭在内部并扩散，能够使来自多芯片光源的光效率良好地混色并均质化，能够提供小型且高效率的影像显示装置100的照明部111。此外，通过在影像生成部中采用FSC方式的微显示器，不需要分别设置红、绿、蓝三色的像素，能够实现高分辨率化和高效率化。

如上所述，通过采用在影像生成部中搭载反射型液晶、在照明部中使用在一个壳体中搭载了多个光源的多芯片光源151、和提高来自各芯片光源的光的混色性和均质性的小型的光积分器的影像显示装置，具有能够提供一种在视线移动时也能够辨认高品质且高分辨率的影像、并且小型高效率且具有透视功能的头戴式显示器的优点。

(实施例4)

用图11说明第四实施例。本实施例中，在室外使用头戴式显示器时，能够用高对比度的影像显示信息。

图11是表示本实施例中的头戴式显示器中搭载的影像显示装置的结构的概要的图。影像显示装置的结构中，生成虚像的部分可以与实施例1中记载的结构相同。与第一实施例的不同点在于在棱透镜131中设置了与外部光相应地显色的调光性光学部件层170。

上述调光性光学部件，采用颜色因太阳光或紫外线而改变的具有调光性(光致变色性)的光学部件即可。具有因紫外线的能量而显色、因可见光或热的能量而褪色这样的功能。从而，处于室内时是透明的，外出而暴露在太阳光的强紫外线中时显色成为太阳镜一般，能够阻断光。

此外，上述调光性光学部件层170也可以设置使用了液晶的电子式的光量调节机构。

在因太阳光而非常明亮的室外环境中使用透视性高的头戴式显示器时，显示画面的亮度不足，感觉上较暗，辨认性能降低。即，显示画面亮度相对于周围环境亮度的对比降低。于是，通过将上述调光性光学部件层设置在透明光学模块的与相当于脸部前后的方向垂直并且远离用户瞳孔一侧的垂直面一侧，在太阳光强的室外阻断一定量的周围环境的光，从而能够提高头戴式显示器的显示画面的对比度而提高辨认性。在室内的亮度低的场所，通过调光功能使上述调光性光学部件层成为透明，能够确保亮度小的环境中的透视性。根据以上结构，具有能够提供一种在室外对比度也高的辨认性高的头戴式显示器的优点。

图12是表示第一至第四实施例中的头戴式显示器100的框图的一例的概要图。100是头戴式显示器，201是控制头戴式显示器100整体的控制部，104是摄像单元，102是影像显示装置，202是供电单元，203是存储介质，204是传感器输入输出部，205是传感单元，206是通信单元，207是通信输入输出部，208是相当于麦克风和耳机的声音输入输出部，209是声音处理单元。

其中，控制线和信息线示出了认为说明上必要的，并不一定示出了所有的控制线和信息线。

通信单元206经由通信输入输出部207用无线通信进行与网络的连接。例如，头戴式显示器100可以采用直接与互联网等的基站连接来取得信息的结构，或作为至少具备摄像部和显示控制部的头戴式显示器，采用通过Bluetooth(注册商标)、Wifi(注册商标)、UHF、VHF等近距离/远距离无线通信与其他个体的信息终端(智能手机或平板型终端、PC等)进行通信、由上述信息终端进行与互联网等的连接和主要处理的结构。

此外，作为传感单元205，能够搭载倾斜传感器和加速度传感器等检测用户的姿势和朝向、动作的传感器，视线传感器和温度传感器等检测用户的身体状态的传感器，用GPS传感器检测用户的当前位置，压敏传感器和静电电容传感器等检测用户的指示输入的用作输入输出I/F的传感器，用接近传感器检测用户是否佩戴等多种传感器。

在图13中示出表示头戴式显示器的作业指示功能的状况的概要图。通过用GPS传感器取得位置信息、和用摄像单元检测及识别周围的风景，能够通过上述影像显示装置对用户以增强现实(AR)的方式，例如在维护检修等作业中，以指示视野中的检修场所的方式用AR显示引导的箭头220等。

通过采用具备上述结构的头戴式显示器，能够实现小型且轻量且佩戴性和便携性高、并且具有不会遮挡用户的视野的透视功能、能够显示高品质的影像的头戴式显示器。

以上说明了本发明的影像显示装置和使用它的头戴式显示器的实施方式，但本发明不限定于上述实施方式，能够在不脱离本发明的主旨的范围中进行各种改良和变形。即，上述实施例是为了易于理解地说明本发明而详细说明的，并不限定于必须具备说明的所有结构。此外，能够将某个实施例的结构的一部分置换为其他实施例的结构，并且也能够在某个实施例的结构上添加其他实施例的结构。此外，对于各实施例的结构的一部分，能够追加、删除、置换其他结构。

Claims (11)

1.一种在用户的视野内显示影像的影像显示装置，其特征在于，包括：

生成影像的影像生成部；

对影像生成部照射光的照明部；和

将所述影像生成部生成的影像作为虚像投射在用户的视野内的投射部，

所述投射部包括：

棱透镜，其由形成了使来自影像生成部的信号光向瞳孔的方向偏折的半反射膜的棱镜和生成虚像的透镜一体化而成；和

使所述信号光的规定区域的光透过的开口限制单元。

2.如权利要求1所述的影像显示装置，其特征在于：

所述开口限制单元是设置在所述棱透镜的透镜入射面部分的遮挡光的遮光带。

3.如权利要求1所述的影像显示装置，其特征在于：

所述开口限制单元是利用所述棱透镜入射面的端面部限制光向棱透镜的入射区域的结构，

棱透镜的端面部分是磨砂面并且被涂黑。

4.如权利要求1所述的影像显示装置，其特征在于：

所述开口限制单元是利用所述棱透镜入射面的端面部限制光向棱透镜的入射区域的结构，

与视野垂直方向垂直地配置的棱透镜的端面是磨砂面并且被涂黑，

与视轴方向垂直地配置的棱透镜的端面是光学镜面。

5.如权利要求1所述的影像显示装置，其特征在于：

令虚像画面的水平或垂直方向的视角为FOV、所述开口限制单元的与画面水平或垂直方向相当的方向的开口尺寸为S、从所述透镜面到瞳孔的光轴长度为L时，

所述开口尺寸S在以下范围内：

1.04+2L×Tan(FOV)<S<3.06+2L×Tan(FOV)。

6.如权利要求1所述的影像显示装置，其特征在于：

所述开口限制单元的与画面水平方向相当的方向的开口尺寸在7.35mm到12.56mm的范围内，

所述开口限制单元的与画面垂直方向相当的方向的开口尺寸在4.18mm到9.37mm的范围内。

7.如权利要求1所述的影像显示装置，其特征在于：

与画面水平方向相当的方向的所述透镜的入射面的开口尺寸在7.35mm到12.56mm的范围内，

与画面垂直方向相当的方向的所述透镜的入射面的开口尺寸在4.18mm到9.37mm的范围内。

8.如权利要求1所述的影像显示装置，其特征在于：

所述透镜的透镜面形状是非球面形状的凸透镜，

透镜周边部的曲率小于透镜中心部的曲率。

9.如权利要求1所述的影像显示装置，其特征在于：

所述照明部具备使光扩散的光积分器，

该光积分器包括供光入射的入射面、使所述光出射的出射面和连接所述入射面与所述出射面的侧面，

所述光积分器的内部充满具有规定折射率的材质的导光部件，

该导光部件在所述入射面与所述出射面之间含有使在所述导光部件中传播的所述光散射的散射微粒，

所述光从所述入射面一侧向着所述出射面方向在所述导光部件的内部散射并传播，并且，

所述散射的散射光的至少一部分在所述侧面被反射，

被导向所述出射面。

10.如权利要求1所述的影像显示装置，其特征在于：

所述影像生成部具备将生成的影像出射的出射部，

所述投射部具备将从所述影像生成部出射的影像入射的入射部，

在所述影像生成部的所述出射部与所述投射部的所述入射部之间，影像在空气中传播。

11.一种头戴式显示器，其特征在于，包括：

权利要求1所述的影像显示装置；

拍摄用户的视野方向的摄像单元；

供给电源的供电单元；

用于记录信息的存储介质；

用于检测用户的位置和姿势的传感单元；

用于与外部设备通信的通信单元；

用麦克风和耳机进行声音的输入输出的声音处理单元；和

进行装置整体的控制的控制部。